Antimaterija

Antimaterija je materija sačinjena od elementarnih čestica koje su po svojim osobinama suprotne "klasičnim" česticama (mogu se nazvati elementarne antičestice).^[1] Suprotno elektronu stoji pozitron - pozitivno naelektrisana čestica koja se okreće u suprotnom smjeru u odnosu na elektron i ima obrnuto magnetno polje, a neke osobine, poput mase ili spina, su im jednake. Nasuprot protonu i neutronu stoje antiproton i antineutron.

Materija i antimaterija ne mogu postojati jedna pored druge. Kada se nađu zajedno međusobno se poništavaju (anihilicija)^[2] uz oslobađanje velike količine energije u obliku gama zračenja ili drugih čestica.

Postojanje antičestica i antimaterije prvi je postulirao engleski naučnik Paul Dirac^[3] (1902-1984), uvodeći 1928. godine koncept pozitivno naelektrisanog elektrona, tj. pozitrona, čije je postojanje eksperimentalno potvrđeno 1932. Od 1955. godine, kada su pomoću akceleratora čestica uočeni antiproton i antineutron, eksperimentalno je detektovan i čitav niz antičestica.

Krajem devedesetih godina prošlog vijeka u CERNu i Fermilabu sintetizovan je antivodik - prvi antiatom. Kod običnog vodika oko protona koji predstavlja atomsko jegro kruži jedan elektron. Kod antivodika oko antiprotona kruži antielektron (pozitron).

Kao što kombinacijom čestica nastaje materija, tako i kombinacijom odgovarajućih antičestica nastaje antimaterija. Naprimjer, stabilan atom antivodika može da nastane vezivanjem pozitrona za antiproton. Njegove osobine bi trebale biti identične osobinama običnog hidrogena. Zaista, atom antivodika je proizveden u sudarima antiprotona sa mlazom atoma ksenona. U sudaru antiprotona sa atomskim jezgrom ksenona ponekad dođe do stvaranja para elektron-pozitron. Pri tome, može da se dogodi (mada vrlo rijetko) da brzina i pravac kretanja novonastalog pozitrona budu bliski brzini i putanji antiprotona. Tada pod uticajem privlačne sile između pozitrona (pozitivne čestice) i antiprotona (negativne čestice) nastaje atom antihidrogena. Izolovan atom antihidrogena stabilan je koliko i izolovan atom hidrogena.

Međutim, u sudaru sa običnom materijom dolazi do njegovog poništavanja. Pošto se čestice kreću brzinom bliskom brzini svjetlosti, vrijeme života antivodika u aparaturi reda je veličine 4 × 10⁻⁸ s, koliko antiatomu treba da prevali desetak metara i poništi se u sudaru sa zidom aparature. Zbog toga se antimaterija ne može naći na Zemlji u prirodnom stanju, osim u malim količinama kao rezultat radioaktivnosti ili kosmičkog zračenja. Danas se ulažu veliki napori da se proizvedeni atomi antivodika zarobe u električnom i magnetnom polju, dakle, da se izoluju od obične materije i tako im se produži vijek u mjeri koja će dozvoliti detaljnije ispitivanje atomskih osobina. Proizvodnjom prvih atoma antivodika^[4] odškrinuta su vrata sistematskom ispitivanju antisvijeta.